PRL导读-2019年122卷13期

序

言

本着服务于中国物理学者和物理专业研究生的宗旨，我们根据PRL摘要和引言对本期部分文章进行中文导读。由于水平有限，不免出现一些不准确的地方乃至错译的地方。公众号下方有留言功能，欢迎专家学者通过留言指出不准确或错译的地方，共同提高公众号的服务质量。留言经编辑确认后，会显示在文章下方，供后来浏览者参考。

普通物理：统计与量子物理

责编：艾清

 通过集成光子学对短时、中间时刻

和长时的量子衰减的实验研究

不稳定系统的衰减通常是由指数定律来描述。量子力学预言的存活率与指数型有非常大的偏差：事实上，衰减一开始是二次型的，但在长时它遵循幂定律，带有重叠振动，后者尤其难以理解和观测的。文中Crespi等人使用由飞秒激光制造的单模光学波导阵列直接注册，来实现存在耦合并可以衰减到连续体的离散态的量子系统。光学模式符合光子的不同量子态，量子系统的时间演化可以映射到空间传播坐标。通过往装配好的光子结构中注入相干光态以及测量有未曾到的动态范围内光束的小散射部分，他们实验上不仅仅能够观测到指数衰减区，而且可以观测到二次型Zeno区和长时演化的幂律衰减。（刘宁）

Experimental Investigation of Quantum Decay at Short, Intermediate, and Long Times via Integrated Photonics

A. Crespi, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 130401 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.130401

  

量子不相容见证

Carmeli等人证明，量子不相容性总是可以通过具有部分中间信息的状态辨别任务来检测。作者们表明，只有不相容的测量允许有效使用预测量信息来提高猜测正确状态的概率，从而完成了证明。因此，猜测概率与测量前和测量后信息之间的差距是给定测量集合的不相容性的见证。本文指出，根据该方案，所有线性不相容性见证都可以作为一些状态辨别协议来实现。作为一种应用，作者们表征了两个有噪声的相互无偏库的联合可测量区域。（马宇翰）

Quantum Incompatibility Witnesses

C. Carmeli, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 130402 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.130402

 

所有不兼容测量都有助于量子态分辨

一些量子测量不能同时进行，即它们是不相容的。在本文中，Skrzypczyk等人表明，在适当选择的量子态辨别任务中，每组不兼容测量都会体现出优于兼容测量的优点。通过证明不兼容性的稳健性（量化一组测量在兼容之前容许多少噪声），作者们证明了这一结论。在最佳选择的辨别任务中的它的优势是具有操作性诠释。作者们还表明，如果从资源理论的角度来看测量不相容性，这种辨别任务中的猜测概率就形成了一整套可用于完全表征资源理论中偏序的单调。最后，本文利用先前已知的测量不相容性与爱因斯坦-波多尔斯基-罗森导引（EPR Steering）间的关系，将后者与量子态辨别联系起来。（马宇翰）

All Sets of Incompatible Measurements give an Advantage in Quantum State Discrimination

P. Skrzypczyk, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 130403 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.130403

  

用圆锥曲线编程量化量子资源

资源理论可用于形式化量子信息处理中资源的量化和操纵，如量子态的纠缠，不对称和相干，以及量子测量的不相容性。给定某种状态或测量值，我们可以询问是否存在一个任务比任何无资源的状态或测量都要好。使用圆锥编程，Uola等人证明在某些辨别任务中，任何一般的鲁棒性度量（关于包含自由状态或测量的凸集）可以量化这种优异性。作者们将该技术应用于各种示例，例如，联合可测量性，投影测量模拟的正算子值测量，以及用给定施密特数可制备的状态组合。（马宇翰）

Quantifying Quantum Resources with Conic Programming

R. Uola, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 130404 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.130404

  

对具有准稳定超固体性质的

偶极量子气体的观测

[编辑推荐语]发现了一种具有稳定密度调制的冷原子的新型区域，已知为条纹，可以与量子液滴同时地观测到，这是在寻找偶极超固体中的一个重要进展。

偶极-偶极相互作用和接触相互作用的竞争会在偶极气体中导致激发新物理，可以由近来在偶极凝聚体中的量子液滴和旋子的观测来例证。Tanzi等人展示了旋子不稳定性和量子稳定化的结合会在合适条件下导致一种新型区域，此区域表明由于条纹调制和相位相干的共存而出现超固体性质。他们结合实验和理论分析，确定了相干条纹形成的参数区域，由于存在三体丢失的条纹图案被最终破坏，限制了其数十倍毫秒的寿命。他们的结果为长时偶极超固体的发展开启了有趣的前景。（刘宁）

Observation of a Dipolar Quantum Gas with Metastable Supersolid Properties

L. Tanzi, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 130405 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.130405

  

辅助功蒸馏

Morris等人研究了辅助功蒸馏的过程。在两方共享二分量子态且一方被限制为热操作的前提下啊，当他们的任务是局域地提取最佳功时会出现这种情况。而另一方可以执行一般量子操作并且允许他们以经典方式进行通信。作者们证明这个问题与经典和量子关联的蒸馏密切相关。特别是，作者们表明，一方在多个的拷贝上进行全局测量的优势与形成纠缠的不可加性有关。本文还表明，在态的量子相关性中可能存在功，且只能在更广泛的局域吉布斯保持操作下提取。（马宇翰）

Assisted Work Distillation

B. Morris, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 130601 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.130601

  

相互作用粒子的最优随机沉积

相互作用粒子的不可逆随机序列沉积被广泛用于模拟物理，化学和生物物理系统中的聚集现象。Baule表明，在一维情况下，对于有限范围的任意相互作用势，都可以找到这一过程的精确的时间依赖解。精确的解决方案使我们能够严格证明沉积动力学的特征，这些特征以前只能通过模拟获得。Baule还特别指出，存在一种独特的相互作用势，其导致对于给定的相互作用范围的最大密集线覆盖。值得注意的是，这种势是奇异的，只能用数学极限来表示。他还讨论了这些结果与DNA上核小体包装模型的相关性。研究结果突出强调了需要高度协调的填料动力学下如何生成最佳密集填料，即使存在固有随机性，也可以通过相互作用势有效地调整填料动力学。（成晶晶）

Optimal Random Deposition of Interacting Particles

A. Baule

Phys. Rev. Lett. 122, 130602 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.130602 

 

由一维和二维约束引起的非热态

James等人表明，在一维(1D)和二维(2D)连续介质理论和晶格理论中，量子伊辛模型中的约束导致非热本征态。在有序阶段，约束纵向场的存在导致激发光谱的深刻重构，其中低能量的双粒子连续体被离散的“介子”模式（线性约束的畴壁对）取代。这些模式存在于光谱的较深处并且是非典型的，在这种意义上，具有能量E的态的期望值与微正则（热）系综预测不一致。因为与（n≥4）-畴壁连续体缺乏杂化，单个介子态持续超过双介子阈值，这一结果存在于热力学极限中，可以由分析计算解释。在异常的淬火动力学中揭示了这种状态的存在，例如缺少光锥，抑制缠结熵的增长，以及对于一些初始状态没有热化。非热态局限于有序相—在没有可积性的情况下，无序相（顺磁）在一维和二维上都表现出典型的热化模式。（成晶晶）

Nonthermal States Arising from Confinement in One and Two Dimensions

A. James, R. Konik, N. Robinson

Phys. Rev. Lett. 122, 130603 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.130603

 

推迟Floquet格林函数的

谱密度的正定性

周期驱动非平衡多体系统由于它们存在可以由控制外驱动场而调节的准能谱而备受关注。Uhrig等人在Floquet区域导出了推迟格林函数的一般谱表示，因此推广了平衡态多体物理中著名的Lehmann表示。导出的谱Floquet表示允许我们证明谱密度的非负性以及确定精确地谱求和规则，此规则可以用来基准与精确Floquet多体格林函数近似的精确度。（刘宁）

Positivity of the Spectral Densities of Retarded Floquet Green Functions

G. Uhrig, M. Kalthoff, J. Freericks

Phys. Rev. Lett. 122, 130604 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.130604

 

阐明马尔可夫开放量子系统的大偏差统计

Carollo等人分析了马尔可夫开放量子系统中量子轨迹的动态大偏差问题。他们推导出这些系统的具有2.5大偏差原理的量子能级，它描述了时间平均量子跃迁率和时间平均量子态的联合涨落。与经典连续时间马尔可夫链的2.5级对应物（它包含一个特例）一样，这种描述既明确又完整，因为从他们推导的显式2.5级速率泛函的收缩可以得到任意时间泛函的动态可观测量的统计数据。他们的方法是使用量子动力学的解释表示，它允许通过分析纯态空间中的经典随机过程来获得这些统计。对于量子重置过程，他们证明了解开的动力学是半马尔可夫型，并且推导出量子跃迁数的渐近方差的界限，这推广了经典的热力学不确定性关系。最后，他们讨论了我们的2.5级方法如何用于研究状态非线性函数的大偏差，例如纠缠度的度量。（成晶晶）

Unraveling the Large Deviation Statistics of Markovian Open Quantum Systems

F. Carollo, R. Jack, J. Garrahan

Phys. Rev. Lett. 122, 130605 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.130605 

引力与天体物理

导读：郭敏勇；责编：高思杰

使用2013 LUX数据寻找

亚GeV暗物质的结果

使用基于液体氙的暗物质(DM)搜索仪器难以检测具有离子核的亚GeV质量的暗物质粒子的散射，因为核反冲期间的能量传递小于典型的检测器阈值。然而，树级DM核散射图可以伴随同时发射轫致辐射光子或所谓的“米德”电子。它们以比相应的核反冲更高的能量提供实验特征的电子反冲分量。该特征的存在允许液体氙探测器在分析中使用闪烁信号和电离信号，其中核反冲信号只有通过这种方式可以被探测到。利用2013年大型地下氙(LUX)实验数据，对四种不同类别的介质进行1.4×104 kg天的寻找曝光，作者报告了质量为0.4-5 GeV/c2的DM粒子与自旋无关的DM-核子散射的约束条件. 该分析使得液体氙基DM探测仪器的搜索范围扩展到比以前更低的DM质量。

Results of a Search for Sub-GeV Dark Matter Using 2013 LUX Data

D. S. Akerib et al.

(LUX Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 122, 131301 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.131301

基本粒子与场论

责编：晁伟、刘晓辉

使用精确时间信息来

增强LHC上的长寿命粒子探测

作者研究了在大型强子对撞机上利用精确时间信息寻找长寿命粒子（LLP）的物理潜力。相比于小质量的标准模型粒子，大质量的长寿命粒子的衰变产物到达探测器的时间延迟约为纳秒量级。作者提出了利用这种时间延迟特性的新方法，即利用初始状态辐射对碰撞事件定义时间点，并要求至少有一个长寿命粒子在探测器内衰变。这种探测方法可以有效的适用于很多物理模型。作为一种广泛有效的探测办法，作者选取了以下两种代表模型来证明它的有效性：希格斯玻色子衰变成一对长寿命粒子，以及在规范诱导的超对称破缺模型中产生的一对长寿命neutralino粒子。与传统的探测方法相比，作者的方法对长寿命粒子的敏感度提高了至少两个数量级，特别是在大寿命的区域内表现出更好的线性依赖行为。时间信息大大减少了来自于标准模型的背景，为长寿命粒子的探测提供了一个强有力的新方向。（由本文作者提供）

Enhancing Long-Lived Particles Searches at the LHC with Precision Timing Information

Jia Liu, Zhen Liu, Lian-Tao Wang

Phys. Rev. Lett. 122, 131801 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.131801 

 

COSINE100对于非弹性

增强暗物质的首次直接寻找

[编辑推荐]使用地面探测器对相对论增强的暗物质首次搜索从而对这些假设存在的粒子做出了的新限制。

本文使用COSINE-100探测器获得的59.5天的数据搜索非弹性增强暗物质(IBDM)。这种相对论的暗物质被理论化为通过电子的非弹性散射与目标材料相互作用而产生更重的状态，其随后产生标准模型粒子，例如电子-正电子对。在这项研究中，作者搜索这个与初始散射的电子一致的电子-正电子对，作为IBDM相互作用的特征。没有观察到超过预测的背景事件。因此，作者在各种假设下对IBDM的相互作用给出了限制，其中一个假设允许作者探索尚未被其他实验涵盖的暗光子的参数空间。这是使用地面探测器进行IBDM的首次搜索。

First Direct Search for Inelastic Boosted Dark Matter with COSINE-100

C. Ha et al. 

(COSINE-100 Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 122, 131802 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.131802 

 

LHC的单τ信号限制B衰变反常的解释

本文研究了b→cτ^--ν衰变与b¯c→τ^--ν散射之间的交叉对称关系以推导B介子半τ衰变中的新物理与LHC单τ信号（pp→τ_hX+ MET）的直接相关性。使用一组详尽的有效算符和重传播子，作者发现当前的ATLAS和CMS数据限制了能够解释B衰变反常的情况。由Leptoquark完成的纯张量解决方案和由W'_R或leptoquark完成的右手解决方案受到此分析的挑战。此外，LHC的高亮度阶段所能实现的灵敏度将可以探测能够解释B衰变异常的所有可能情况。最后，作者注意到LHC在研究b→u转换方面也具有竞争力，并且在某些情况下，其给出的限制优于B衰变所给出的限制。

Mono-τ Signatures at the LHC Constrain Explanations of B-decay Anomalies

Admir Greljo, et al.,

Phys. Rev. Lett. 122, 131803 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.131803

   

在13TeV的pp对撞中看到

两个B⁺_c激发态和B⁺_c(2S)质量的测量

[编辑推荐]在迄今为止能量最高的粒子对撞处所记录的海量数据通过揭露两个介子激发态解决了一个谜团

CMS实验在质心能为13TeV的质子-质子对撞中观察到与B_c⁺(2s)和B_c^*+(2s)态一致的信号，所用的数据来自于LHC在2015-2018年之间收集的对应于147fb^-1积分亮度的事件样本。这些^-bc激发态是在 B⁺_cπ⁺π^- 的不变质量谱中被观察到的，其中基态B⁺_c通过其衰变到J /ψπ⁺被重建。这两个态被重建为两个分辨良好的峰，质量分离为29.1±1.5 (stat)± 0.7(syst) MeV。观察到两个峰值而不是一个峰值，其显着性超过五个标准偏差。B⁺_c(2S)介子的质量被测量为6871.0±1.2(stat)± 0.8(syst) ±0.8(B⁺_c) MeV，其中最后一项对应于平均B⁺_c质量中的不确定性。

Observation of Two Excited B+c States and Measurement ofthe B+c(2S) Mass in pp Collisions at √s=13TeV

A. M. Sirunyan et al. 

(CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 122, 132001 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.132001

   

LHC在固定靶模式中首次测量粲夸克产生

本文首次测量了LHCb实验在固定靶模式下的重味产生。研究了J /ψ和D⁰介子的产生，其中不同能量的质子束与氦和氩的气体靶碰撞，核子-核子质心能分别为86.6和110.4 GeV。质子与He在快度范围[2, 4.6]的碰撞中, J /ψ和D⁰的产生截面被发现为σ_J/ψ= 652±33(stat)±42(syst) nb /nucleon和σ_D0= 80.8±2.4( stat) ±6.3(syst) μb/ nucleon，其中第一个不确定性是统计的、第二个是系统的。在大的Bjorken-x区域中没有观察到核子具有明显的粲夸克含量的证据。

First Measurement of Charm Production in its Fixed-Target Configuration at the LHC

R. Aaij et al. (LHCb Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 122, 132002 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.132002 

 

13TeV的质子-质子对撞中观察到

单个顶夸克与Z玻色子的协同产生

本文报道了单顶夸克与Z玻色子协同产生(tZq)的观察结果。作者分析了质心能为13 TeV的质子-质子碰撞事件，其包含三个带电轻子(电子或μ子)和至少两个喷注。数据来自于CMS在2016和2017年收集的样本，并且对应于77.4 fb^-1的积分亮度。与之前的tZq搜索相比，增加的积分光度、多变量轻子识别和重新设计的分析策略显着提高了分析的灵敏度。观察到的tZq信号具有远超过5个标准偏差的显着性。测得的tZq产生截面为σ(pp→tZq→tℓ+l-q) = 111±13(stat)⁺¹¹_-9(syst)fb，对于高于30 GeV的dilepton不变质量，该结果与标准模型预期一致。

Observation of Single Top Quark Production in Associationwith a Z Boson in Proton-Proton Collisions at √s=13TeV

A. M. Sirunyan et al. 

(CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 122, 132003 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.132003 

原子核物理

责编：耿立升；导读：王亚坤

利用轻子对的非共面性

探测夸克物质的电磁性质

利用重离子碰撞中的光子-光子散射, Spencer Klein等人研究了轻子对产生中的P_T (横向动量)展宽效应. 他们发现QED (量子电动力学)与介质的多重相互作用效应与最近欧洲核子中心大强子对撞机上ATLAS合作组观测到的低横向动量轻子对这一现象一致. 他们进一步讨论了磁致展宽效应并且提出了一些区分这两种机制的方法. 指出P_T展开效应的快度依赖为探测磁效应提供了一个独特的探针.

Acoplanarity of a Lepton Pairto Probe the Electromagnetic Property of Quark Matter

Spencer Klein et al.,

Phys. Rev. Lett. 122, 132301 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.132301 

原子、分子与光学

导读：宋新秀；责编：严运安

在极紫外光照射下水团簇中

水合电子形成的实时动力学

极性液体中的自由电子可以通过与分子环境的相互作用形成束缚态。这种在水中的所谓“水合电子态”在细胞生物学或辐射化学中具有非常重要的意义。水合电子是高活性自由基，可以直接与DNA或酶相互作用，或在被质子捕获后形成高激发氢原子（H^*）。在这里，本文利用自由电子激光器的极紫外飞秒脉冲实时研究了水合电子的形成，并以这种方式观测水合过程的初始过程。借助于时间分辨光电子能谱，作者发现在低皮秒范围内的形成时间尺度，并解析了形成激发氢原子态的动力学问题。

Real-Time Dynamics of the Formation of Hydrated Electrons upon Irradiation of Water Clusters with Extreme Ultraviolet Light

A. C. La Forge, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 133001（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.133001

 

具有532 nm位点分离的1D光学晶格中

量子比特个体的位点特异性和相干操作

We demonstrate gate operations on a single qubit at a specific site without perturbing the coherence of an adjacent qubit in a 1D optical lattice when the site separation is only 532 nm. Three types of spin rotations are performed on the target qubit with fidelities between 0.88±0.05 and 0.99±0.01, whereas the superposition state of the adjacent one is preserved with fidelities between 0.93±0.04 and 0.97±0.04. The qubit is realized by a pair of Zeeman-sensitive ground hyperfine states of a ⁷Li atom, and each site is identified by its resonance frequency in a magnetic field gradient of 1.6G/cm. We achieve the site-specific resolving power in the frequency domain by using magic polarization for the lattice beam that allows a Fourier-limited transition linewidth as well as by highly stabilizing the lattice parameters and the ambient conditions. We also discuss a two-atom entanglement scheme using a blockade by cold collisional shifts in a 1D superlattice, for which a coherent manipulation of individual qubits is a prerequisite.

Site-Specific and Coherent Manipulation of Individual Qubits in a 1D Optical Lattice with a 532-nm Site Separation

Hyok Sang Han, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 133201 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.133201 

 

测量光子-等离子体耦合相移

Scattering processes have played a crucial role in the development of quantum theory. In the field of optics, scattering phase shifts have been utilized to unveil interesting forms of light-matter interactions. Here we investigate the phase shift experienced by a single photon as it scatters into a surface plasmon polariton and vice versa. This coupling phase shift is of particular relevance for quantum plasmonic experiments. Therefore, we demonstrate that the photon-plasmon interaction at a plasmonic slit can be modeled through a quantum-mechanical tritter, a six-port scattering element. We show that the visibilities of a double-slit and a triple-slit interference patterns are convenient observables to characterize the interaction at a slit and determine the coupling phase. Our accurate and simple model of the interaction, validated by simulations and experiments, has important implications not only for quantum plasmonic interference effects, but is also advantageous to classical applications.

Measurement of the Photon-Plasmon Coupling Phase Shift

Akbar Safari, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 133601 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.133601 

 

腔介导的电子-光子超导性

本文主要研究了二维电子系统中纳米等离子体太赫兹腔内的真空扰动介导的电子配对。作者证明结构化的腔真空可以引起电流涨落之间的长程吸引相互作用，如果通用材料的临界温度在低开尔文区间且具有实际参数，则这个相互作用会导致材料中的电子配对。诱导态是一种对密度波超导体，它可以从完全间隙相过渡到部分间隙相——类似于高Tc超导体中的赝隙相。这个发现为设计二维材料中的内禀电子相互作用提供了一种很有前景的工具。

Cavity-Mediated Electron-Photon Superconductivity

Frank Schlawin, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 133602 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.133602

 

利用腔QED通过光子奇偶性

校验测量进行单光子蒸馏

[编辑推荐]通过使用腔QED的光子奇偶性校验测量，从弱相干状态蒸馏出高保真光子态。

具有定制时间特性的单光子是未来量子网络的重要资源。在这里，本文从可调形状的激光脉冲中提取出它们，这些激光脉冲从一个强耦合到一个光学谐振器的单个原子中反射出来。随后对该原子的测量证实了蒸馏的成功。在真空主导的光脉冲中，作者创建了保真度为66(1)%的单光子，双光子和多光子抑制率为95.5(6)%，和负值为- 0.125(6)的Wigner函数。可应用于最先进的光纤谐振器中，本方案将单光子保真度提高到96%。

Single-Photon Distillation via a Photonic Parity Measurement Using Cavity QED

Severin Daiss, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 133603 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.133603 

非线性动力学和流体力学

责编：兰岳恒

沸腾危机中的渗透无标度行为

Limiao Zhang等人首次报道了在池装和流动条件下水的沸腾危机中，气泡足迹分布的无标度行为的实验观察。他们提出了一个连续渗流模型，阐明了无标度行为如何从气泡的近壁随机相互作用中产生，并提供了预测沸腾危机的标准。它还提出了如何设计表面用以提高临界热通量极限的有用见解。（江柯缙）

Percolative Scale-Free Behavior in the Boiling Crisis

Limiao Zhang, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 134501 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.134501 

 

表面纳米气泡的稳定性、

动力学和对不饱和度的耐受性

对表面纳米气泡-即浸入式基板上纳米尺度气相区的理论理解围绕着两个相对的观点展开。一种观点是考虑纳米气泡附近的气体输运，解释了许多与稳定性相关的特性，但它系统地低估了动态响应时间尺度的数量级。另一种观点考虑液体与外部环境平衡过程中的气体输送，重现了实验观察到的动态时间尺度，但它错误地预测纳米气泡会逐渐收缩直至溶解。 Beng Hau Tan等人提出了一种结合两种观点的模型，它能够解释表面纳米气泡的稳定性，动力学和对不饱和环境的意外耐受性。（江柯缙）

Stability, Dynamics, and Tolerance to Undersaturation of Surface Nanobubbles

Beng Hau Tan, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 134502 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.134502 

等离子体与束物理

责编：陈少永，牟茂淋

磁流体动力学湍流中

动能和磁能的解耦级联

理想不可压缩磁流体动力学中的磁能（ME）和动能（KE）并非全局不变量，因此，因此讨论它们的总能量级联是合理的。X. Bian等人基于不同尺度的局域性提出ME和KE在过渡“转换”范围之外在统计上是解耦的，并对此给出了相应的物理论证和强有力的证据。这是因为磁力线拉伸是一个大尺度的过程，其平均在惯性感应范围内的中间和小尺度上将消失，从而允许每个平均ME和KE以相同的速率级联，同时在这些尺度上产生一个单位的湍流磁普朗特数。（王科力）

Decoupled Cascades of Kinetic and Magnetic Energy in Magnetohydrodynamic Turbulence

Xin Bian, Hussein Aluie

Phys. Rev. Lett. 122, 135101 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.135101

 

利用剪切流稳定Z箍缩

可实现持续的中子产生

剪切流稳定的Z箍缩已被证明具有聚变相关参数的长寿命等离子体。Y. Zhang等人首次通过实验证实，在压力作用下20%氘/80%氢混合物聚变Z箍缩实验中有持续且准稳态的中子产生。在大约16微秒的等离子体静止期间，箍缩电流约为200kA时，可重复观察到持续约5微秒的中子辐射。据估算，平均中子产额为 (1.25±0.45)×10⁵中子/脉冲，且正比于氘浓度的平方。通过完全集成诊断测量的等离子体温度为1-2 keV、密度约为10¹⁷ cm⁻³、箍缩半径为0.3 cm，结果与中子信号一致。（秦晨）

Sustained Neutron Production from a Sheared-Flow Stabilized Z Pinch

Y. Zhang, et al

Phys. Rev. Lett. 122, 135001 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.135001

凝聚态物理：结构

责编：殷志平 

核磁共振谱

作为氢在高压下的动力学结构探测

[编辑推荐]：NMR（核磁共振）明确地解出了观察到的氢的高压相的结构，该工作避免了通过实验来决定高压氢结构的难题。

由于标准结构探针在极端压力下失效，因此不存在用于观察到的高压氢II-VI相的明确的晶体结构解决方案。在这项工作中，作者提出核磁共振谱为高压氢提供了互补的结构探针。他们的结果表明，可用于高压氢II、III和IV相的最佳结构模型的核磁共振谱表现出明显的不同，因此，可通过核磁共振谱来区分它们。作为一个例子，他们展示了如何使用核磁共振谱来确定相III是否表现出多态性。他们的计算还揭示了由量子涨落引起的氢的核磁共振响应表现出较强的重整化以及同位素效应。随着实验技术的发展，核磁共振谱有望成为高压实验中有用的、互补的结构探针。（毛慧灿）

Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy as a Dynamical Structural Probe of Hydrogen under High Pressure

Bartomeu Monserrat et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 135501 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.135501

 

铁电体中的铁电Fracture-Ratchet效应

裂纹传播的前端会产生很大的应变梯度，因此它是一个梯度诱导极化（铁电性）的强源。Edwards等人证明了在压电材料中铁电性会导致裂纹传播受压电极化轴方向的影响，传播方向平行或反平行压电极化轴会促进或抑制裂纹传播。裂纹传播不对称性的发现证明了在极化材料中断裂物理学不能使用对称假设，此外这项发现还表明铁电性应该被纳入所有的实际模型中。（刘瑞）

Flexoelectric Fracture-Ratchet Effect in Ferroelectrics

K. C. Edwards, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 135502 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.135502 

 

三体摩擦的简单规律

理解摩擦的一个关键难点在于许多物理机制的同时起作用。文中作者在一个模型实验系统中研究了三体摩擦动力学，这个模型系统消除了单体相互作用、磨损和断裂，并聚焦于滑块和第三体之间的弹性相互作用。作者同时可视化了粒子的运动和测量了全局的剪切力。通过系统地增加外来粒子的数量，作者发现摩擦耗散仅仅取决于表面粗糙度与松散颗粒的尺寸比，而与粒子的大小和表面粗糙度无关。当粒子的大小与表面特征相当时，摩擦力随着粒子数的增加而线性增大。当粒子小于表面特征尺度时，摩擦力增长与粒子数量成次线性关系。作者的研究结果表明，将表面特征的大小与潜在污染物的大小相匹配可能是可靠润滑的良好策略。(曹锦)

Simple Law for Third-Body Friction

Fei Deng, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 135503 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.135503

 

离子配对与能斯特-爱因斯坦方程的关联

[编辑推荐语]：计算电池中浓缩电解质离子导电率的一种可靠且计算成本低廉的方法是模拟离子团簇。

基于能斯特-爱因斯坦方程，作者提出了一种适用于动态原子尺度模拟的离子导电率的新近似。在作者的近似中，离子聚集体构成了基本电荷载流子，并且被认为是非相互作用的物质。该方法以聚类的形式，方便地捕获了离子-离子关联对导电性、短程相互作用的主要影响。这种新方法除了以比精确方法更低的计算成本提供更好的电导率估算之外，还使作者能够了解驱动浓电解质中离子传导的物理机制。作为一个例子，作者考虑了标准的固态聚合物电解质聚（环氧乙烷）中的Li⁺导电。作者利用最新开发的方法，在高盐浓度下能够重现负离子迁移数的最新实验结果，并确认这种效应可能是由大量带负电荷的阳离子簇引起的。（麻晓波）

Correlations from Ion Pairing and the Nernst-Einstein Equation

A. France-Lanord and J. Grossman

Phys. Rev. Lett. 122, 136001 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.136001 

凝聚态物理：电子性质

责编：袁喆，马锋杰，沈卡

用一维声子晶体探测三维外尔物理

外尔(Weyl)半金属是一种三维固体材料，具有许多独特的特性，如手性异常和拓扑费米弧表面态等。近期，人们已经将外尔物理研究推广到三维声子晶体中。本文利用简单的一维声子晶体外加两个额外的结构参数，构造、合成了虚拟的三维空间，探索外尔材料中的物理现象。基于精确的超声实验，作者不仅观察到了合成空间的外尔点，还验证了与外尔点拓扑稳定性相关的反射相位奇异性，进而检测了体系的拓扑非平庸界面模式。拓扑声学在合成空间中的首次实现，揭示了利用易于实现和检测的低维声学系统去探测高维拓扑现象的可能性。（刘钱）

Probing Weyl Physics with One-Dimensional Sonic Crystals

X. Fan et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 136802 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.136802 

 

逐层电阻开关: 由于电场诱导死层

复原而产生的多态功能

Materials exhibiting reversible resistive switching in electrical fields are highly demanded for functional elements in oxide electronics. In particular, multilevel switching effects allow for advanced applications like neuromorphic circuits. Here, we report a structurally driven switching mechanism involving the so-called “dead” layers of perovskite manganite surfaces. Forming a tunnel barrier whose thickness can be changed in monolayer steps by electrical fields, the switching effect exhibits well-defined and robust resistive states. Layer-by-Layer Resistive Switching: Multistate Functionality due to Electric-Field-InducedHealing of Dead Layers

J. Krisponeit et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 136801 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.136801 

 

YbMgGaO₄中由低能自旋激发

证实的非关联价键重排

Li等人发现，YbMgGaO₄低至40 mK的直流磁化测量数据与常规冻结相抵触，认为其仍是三角自旋液体候选物。平行和垂直于c轴测量的磁化率分别在低于0.1和0.2K时达到恒定值，表明存在无能隙的低能自旋激发。他们通过三轴非弹性中子散射实验中阐明了它们的本质，明确了连续激发的低能（E≤J₀~0.2meV）部分在低温（T <J₀ /k_B）下存在，但在系统升温至T≫J₀ / k_B以上后完全消失。不同于E> J₀的高能部分的根源在于最近邻价键的断裂且能持续到远高于J₀/ k_B的温度，低能量部分源自价键的重排，因而来自于不成对自旋的传播。他们进一步将这一绘景扩展到herbertsmithite，即kagome晶格上的自旋液体候选者，并认为这种磁激发层次可能是量子自旋液体的普遍特征。（方子明）

Rearrangement of Uncorrelated Valence Bonds Evidenced by Low-Energy Spin Excitations in YbMgGaO₄

Yuesheng Li et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 137201 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.137201 

 

通过无边缘Corbino结构实现

石墨烯中的高品质磁输运

Zeng等人制备了Corbino结构的石墨烯器件，这种由内外同心圆电极构成的结构没有物理边缘。作者使用氮化硼封装和双石墨栅极结构实现了高迁移率。在量子霍尔效应区域，块体电导的测量要优于之前报道的霍尔桥测量，对整数和分数量子霍尔效应态均具有更好的分辨能力。作者在最低和第一激发朗道能级中的分数序列中辨别出了明显的相变，并在更高朗道能级中发现了与电子固体相吻合的特征。（李松）

High-Quality Magnetotransport in Graphene Using the Edge-Free Corbino Geometry

Y. Zeng et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 137701 (2019)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.137701 

软物质与交叉科学

导读：张鑫洁 责编：严钢

无波状层结构的偏振

调制的弯曲芯型液晶薄膜

以前关于硝基取代的弯芯介晶(n-OPIMB-NO₂)的冷冻蚀刻透射电镜(FFTEM)研究发现了波动周期为∼8nm的波状近晶层结构。本文对∼100nm厚的8-OPIMB-NO₂薄膜进行了低温透射电镜(cryo-TEM)测量，与FFTEM结果相比，研究显示只存在周期为b=16.2nm的密度调制，没有近晶层波动。该结果表明，FFTEM与低温透射电镜测量之间的差异可归因于实验中所使用的样品厚度不同。FFTEM观测相对较厚(5–10 μm)的冷冻样品的裂纹表面，而cryo-TEM则观察从其部分液相淬火的薄膜(0.1 μm)的体积。这些结果再次表明空间限制会影响软物质的分子组织，对于使用亚微米薄膜的潜在光电和有机电子应用具有重要意义。

Polarization-Modulated Bent-Core Liquid Crystal Thin Films without Layer Undulation

Cuiyu Zhang et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 137801 (2019)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.137801

 

利用地球潮汐和地震噪声

探测岩石的原位弹性非线性

[编辑推荐语]地震测量揭示了月球引力和太阳热对岩石性质的影响。

岩石、混凝土和颗粒材料等非均质材料具有很强的弹性非线性。该弹性非线性对施加的应力和孔隙压力高度敏感，因此原则上可通过地震波来对应力或孔隙压力的变化进行远程观测。然而，由于现场无法进行主动变形实验，岩石的非线性难以在原位量化。Sens-Schönfelder等人研究了完全自然实验中的弹性非线性，利用单个地震台的环境地震噪声感知地震波速（哪怕小至0.026%）的变化，这个变化是由太阳和月球施加的潮汐力引起的微小变形导致的。

Probing the in situ Elastic Nonlinearity of Rocks with Earth Tides and Seismic Noise

Christoph Sens-Schönfelder et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 138501 (2019)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.138501 

[文字编辑：谢晓芝]

来源：京师物理

编辑：Shiny

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